устройство для возбуждения механических колебаний

Формула изобретения

Устройство для возбуждения механических колебаний, содержащее цилиндрический корпус с внутренней беговой дорожкой, обкатываемой двумя шариками, приводной двигатель, вал которого расположен соосно с осью корпуса, первое водило, закрепленное на валу двигателя и выполненное в виде стержня с закрепленным на конце шарикоподшипником, при этом диаметры шарика и внешней обоймы шарикоподшипника водила находятся в соотношении 2:1, отличающееся тем, что снабжено дополнительным водилом и устройством, изменяющим угловое положение дополнительного водила по отношению к первому водилу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в теплотехнике для борьбы с твердыми солевыми отложениями на теплопередающих поверхностях, а также для интенсификации различных технологических процессов в жидких, твердых и газообразных средах.

Известен вибровозбудитель (патент США №2829529, кл.74-87.1958), содержащий корпус с внутренней беговой дорожкой, шарик, обегающий ее, и привод для шарика. Привод выполнен в виде двигателя, на валу которого закреплено водило в виде лепестков. Недостатком этого устройства является сложность конструкции и невысокая надежность вследствие истирания лепестков и наличия электродвигателя, работающего в условиях высокой вибрации.

Известно изобретение по авторскому свидетельству СССР №656673 «Устройство для возбуждения колебаний», в котором для возбуждения колебаний используется вращающийся в цилиндрическом корпусе шарик, а для приведения шарика во вращение используется водило, выполненное в виде стержня с элементом для точечного контакта с шариком. Это изобретение, как показал опыт его практического применения, имеет серьезный недостаток, который заключается в низкой надежности аппарата вследствие быстрого износа контактных поверхностей от действия сил трения скольжения.

Известно устройство (патент РФ №2204444, кл. В06В 1/16, 2003 г., бюл. №14) отличающееся тем, что водило выполнено в виде стержня, на концах которого установлены шарикоподшипники с наружным диаметром внешней обоймы, относящимся к диаметру приводимого в движение шарика как 1:2. Его недостатком является недостаточно широкий диапазон частот и амплитуд возбуждаемых им механических колебаний, что является следствием использования только одного шарика в качестве источника центробежной силы, действующей на беговую дорожку и корпус.

В качестве прототипа нами принято изобретение (патент РФ №2275971, кл. В06В 1/16, опубликовано 10.05.2006, бюл. №13), которое содержит цилиндрический корпус с внутренней беговой дорожкой, обкатываемой шариками, приводной вал, установленный перпендикулярно оси корпуса, водило, выполненное в виде стержня, на концах которого установлены шарикоподшипники, при этом диаметры шариков и внешней обоймы шарикоподшипников водила находятся в соотношении 2:1, отличительной особенностью которого является наличие двух шариков, разделенных друг от друга водилом приводного вала. При этом водило размещает шарики на диаметрально противоположных концах беговой дорожки.

Известное устройство, как показал опыт его практического применения, имеет существенные преимущества по сравнению с ранее известными, близкими по конструкции изобретениями, заключающиеся в том, что при разных диаметрах или разных материалах используемых шариков их спектры колебаний отличались между собой и в совокупности расширяли спектр механических колебаний устройства.

Недостатком этого устройства является малая амплитуда колебаний основной частоты, равной частоте вращения шариков (водила), и невозможность регулирования амплитуды и частотного спектра колебаний при постоянной частоте вращения шариков (приводного электродвигателя). Отметим, что центробежная сила F, определяющая амплитуду колебаний, определяется как

F=mV²/R, [H],

где m - масса шарика, кг; V - линейная скорость движения шарика, м/с; R - радиус обоймы, м.

При наличии двух диаметрально расположенных шариков центробежные силы от обоих шариков действуют в противоположных направлениях, частично или полностью уравновешивая друг друга. В результате амплитуда механических колебаний уменьшается, что снижает эффективность устройства.

Технической задачей является увеличение амплитуды и расширение спектра механических колебаний устройства при сохранении характеристик шариков и проводного электродвигателя.

Решение задачи достигается тем, что устройство снабжено дополнительным водилом с изменяющимся углом расположения.

Новизна предложенного технического решения заключается в том, что шарики располагаются на беговой дорожке не диаметрально, а под регулируемым центральным углом, отличным от 180 градусов. В этом случае центробежные силы от обоих шариков действуют не в противоположных направлениях, а под углом друг к другу, равным центральному углу смещения шариков. Регулированием центрального угла размещения шариков осуществляется регулирование амплитуды и изменение спектрального состава механических колебаний. Уменьшение центрального угла приводит к увеличению амплитуды колебаний; увеличение угла приводит к обратному результату.

По данным патентной и научно-технической литературы не выявлена заявляемая совокупность признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям «изобретательский уровень» и «новизна». Заявляемое решение может быть реализовано в теплоэнергетике, в частности, для борьбы с отложениями в теплообменной аппаратуре, а также для интенсификации технологических процессов в жидких, твердых и газообразных средах, что отвечает критерию «промышленная применимость».

На фигурах 1 и 2 представлена конструктивная схема устройства для возбуждения механических колебаний в двух проекциях.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1 с закрепленной внутри беговой дорожкой 2, обкатываемой двумя шариками 3 и 4, которые толкают два шарикоподшипника 5 и 6, закрепленные на двух водилах 7 и 8, которые закреплены на валу 9 электродвигателя 10, подключаемого к источнику электропитания (сети) проводниками 11. Корпус 1 соединен с технологическим аппаратом 12, воспринимающим механические колебания при помощи волновода 13. Водила 7 и 8 крепятся к валу 9 соединительным устройством, состоящим из двух полумуфт 14 и 15, взаимное положение которых фиксирует гайка 16. Полумуфты могут иметь зубчатую конструкцию внутренних поверхностей, позволяющую жестко фиксировать их друг по отношению к другу под определенным центральным углом между двумя водилами 7 и 8.

Диаметр шариков 3 и 4 и внешней обоймы шарикоподшипников 5 и 6 находятся в соотношении 2:1.

Центральный угол между водилами 7 и 8 регулируется при неработающем устройстве, ослаблением гайки 13 и изменением взаимного расположения полумуфт 14 и 15 с последующей фиксацией их взаимного расположения гайкой 16. Жесткость фиксации обеспечивает зубчатая поверхность внутренних сторон полумуфт. Вместо зубьев может использоваться фрикционное или иное покрытие внутренних поверхностей полумуфт, обеспечивающее высокий коэффициент трения полумуфт.

Устройство работает следующим образом.

При включении двигателя 10 его вал 9 приводит во вращение водила 7 и 8, которые, в свою очередь, через установленные на концах шарикоподшипники 5 и 6 приводят в движение шарики 3 и 4. При вращении этих шариков центробежные силы возбуждают вынужденные механические колебания беговой дорожки 2, которые посредством волновода 13 передаются технологическому аппарату 12, воспринимающему эти колебания.

При необходимости изменения амплитуды и спектра частот вынужденных механических колебаний устройство для возбуждений механических колебаний отключается от источника электроэнергии, электродвигатель и шарики останавливаются, после чего производится регулировка центрального угла между водилами 7 и 8, как описано выше.

Предлагаемое устройство позволяет получить значительно более высокие значения амплитуд и более широкий спектр колебаний, что позволяет расширить область возможного применения устройства.